EP4137641B1 - Arbeitsmaschine - Google Patents

Arbeitsmaschine

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EP4137641B1
EP4137641B1 EP22190502.9A EP22190502A EP4137641B1 EP 4137641 B1 EP4137641 B1 EP 4137641B1 EP 22190502 A EP22190502 A EP 22190502A EP 4137641 B1 EP4137641 B1 EP 4137641B1
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Hans Knapp
Hendrik ZOBL-RICHTER
Christoph Kiegerl
Reinhard WINDHOFER
Johannes Hofbauer
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Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
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    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to a working machine, in particular a wheel loader, with an electric motor and with an oil cooling system suitable and intended to cool the electric motor, and with a drive axle that has an oil reservoir.
  • the work machine is an electrically powered vehicle, i.e., a mobile work machine that is powered also or exclusively by an electric motor.
  • an electric motor i.e., a mobile work machine that is powered also or exclusively by an electric motor.
  • Oil cooling is usually achieved by means of an additional cooling circuit including an oil reservoir, pump, filter, and motor to drive the pump.
  • the DE 10 2012 112 377 A1 This reveals a drive axle for a mobile work machine in which both an electric motor and a gearbox share a common coolant circuit.
  • the present invention is based on the objective of further developing a working machine of the type mentioned at the outset in such a way that it has the simplest possible structure.
  • a supply line from the aforementioned oil reservoir to the electric motor and a discharge line from the electric motor to the aforementioned oil reservoir, as well as a pump to pump oil from the oil reservoir to the electric motor, are present, so that the electric motor is cooled by means of oil from the oil reservoir of the drive axle.
  • a driving axle is understood to be an axle on which the wheels or the like are arranged for the propulsion of the working machine.
  • the present invention is therefore based on the idea of not supplying or cooling the electric motor with its own oil supply, but rather using the axle oil that is already present.
  • the oil reservoir for cooling the electric motor is formed by the oil reservoir of the drive axle.
  • the drive axle can be, for example, the front or rear axle of the machine.
  • the supply line carries oil from the drive axle or its oil tank to the electric motor.
  • the return line carries oil from the electric motor back to the drive axle or its oil tank.
  • the pump is preferably arranged in the supply line or in the discharge line, so that the electric motor is located on the pressure or suction side of the pump.
  • a filter for oil filtration is arranged in the supply line or in the discharge line, which is preferably provided with a bypass line with a valve.
  • a heat exchanger can be installed in the supply line or the discharge line. This serves to cool the oil before it enters the electric motor.
  • an independent pump drive with motor cooling in the form of a fan can be provided, wherein the heat exchanger is arranged such that it is located in the airflow of the fan.
  • a heat exchanger is preferably provided, which is preferably located in the airflow of the cooling system for a separate, electrically driven pump.
  • This separate pump can supply hydraulic consumers of the machine.
  • a vent line to the atmosphere is provided for pressure equalization between the driving axle and the electric motor.
  • the electric motor is the drive motor of the working machine.
  • the working machine is preferably a working machine that is driven exclusively or also by the electric motor.
  • the electric motor serves to drive a work tool or other hydraulic unit of the machine.
  • the working machine has a gearbox with an oil circuit, wherein this oil circuit is not connected to the oil cooling of the electric motor, i.e., this gearbox oil circuit is preferably not used for cooling the electric motor.
  • the single figure shows a schematic view of a cooling circuit for cooling the electric motor of a wheel loader or other preferably mobile working machine.
  • Reference numeral 1 indicates the driving axis of the working machine or the oil reservoir assigned to the driving axis.
  • the supply line Z extends to the electric motor 6, which needs to be cooled.
  • the return line R extends from the electric motor 6 back to the drive axle or to its oil reservoir.
  • the pump P1 for pumping the oil through the cooling circuit is located in the supply line Z.
  • This pump P1 draws a small portion of the oil from the differential housing and delivers it to the electric motor 6.
  • This pump P1 and another independent pump P2, which serves to supply hydraulic consumers of the working machine, are driven by the common motor 8.
  • Motor 8 features air cooling in the form of the fan V.
  • filter 3 Downstream of pump P1, filter 3 is located in the supply line Z.
  • a bypass line with a spring-loaded valve 4 extends around the filter 3, which opens only in the direction of flow, i.e. from the pump P1 towards the electric motor 6, when sufficient pressure is reached, i.e. when a pressure limit is exceeded, but not in the opposite direction.
  • Cooling is achieved using the fan V.
  • this cooling circuit does not have a separate oil reservoir solely for cooling the electric motor 6. Instead, the existing oil reservoir of the drive axle 1 serves as the oil reservoir for cooling the electric motor 6.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Radlader, mit einem Elektromotor sowie mit einer Ölkühlung, die geeignet und bestimmt ist, den Elektromotor zu kühlen, sowie mit einer Fahrachse, die über ein Ölreservoir verfügt.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Arbeitsmaschine um ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, d.h. über eine mobile Arbeitsmaschine, die auch oder ausschließlich mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Darunter fallen reine Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge, die außer dem Elektromotor noch über einen weiteren Antrieb, wie einen Verbrennungsmotor verfügen.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Elektromotoren mit großem Leistungsbedarf mittels einer Flüssigkeit, insbesondere mit Öl, zu kühlen, da eine Luftkühlung häufig nicht ausreichend ist. Die Ölkühlung wird üblicherweise mittels eines zusätzlichen Kühlkreislaufes inclusive Ölreservoir, Pumpe, Filter und Motor zum Antrieb der Pumpe erzielt.
  • Die DE 10 2012 112 377 A1 offenbart dabei eine Antriebsachse für eine mobile Arbeitsmaschine, bei der sowohl ein Elektromotor wie auch ein Getriebe sich einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf teilen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese einen möglichst einfachen Aufbau aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Danach ist vorgesehen, dass eine Zuführleitung von dem genannten Ölreservoir zu dem Elektromotor und eine Abführleitung von dem Elektromotor zu dem genannten Ölreservoir sowie eine Pumpe vorhanden ist, um Öl von dem Ölreservoir zu dem Elektromotor zu pumpen, so dass der Elektromotor mittels Öl aus dem Ölreservoir der Fahrachse gekühlt wird.
  • Unter einer Fahrachse wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Achse verstanden, an denen die Räder oder dergleichen zur Fortbewegung der Arbeitsmaschine angeordnet sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, den Elektromotor nicht mit einem eigenen Ölhaushalt zu versorgen bzw. zu kühlen, sondern das Achsöl zu verwenden, das ohnehin vorhanden ist.
  • Somit kann auf ein eigens für den Elektromotor bestimmtes Kühlsystem incl. eigenem Öltank verzichtet werden, was zu einer entsprechenden Vereinfachung im Aufbau führt. Das Ölreservoir zur Kühlung des Elektromotors wird erfindungsgemäß durch das Ölreservoir der Fahrachse gebildet. Bei der Fahrachse kann es sich beispielsweise um die Vorder- oder Hinterachse der Arbeitsmaschine handeln.
  • Mittels der Zuführleitung wird Öl von der Fahrachse bzw. von dem Öltank der Fahrachse zu dem Elektromotor geführt. Mittels der Rückführleitung wird Öl von dem Elektromotor zurück zu der Fahrachse bzw. zu dem Öltank der Fahrachse geführt.
  • Zur Förderung des Öls von und zu dem Elektromotor ist die Pumpe vorzugsweise in der Zuführleitung oder in der Abführleitung angeordnet, so dass sich der Elektromotor auf der Druck- bzw. Saugseite der Pumpe befindet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Zuführleitung oder in der Abführleitung ein Filter zur Ölfilterung angeordnet, der vorzugsweise mit einer Bypassleitung mit Ventil versehen ist.
  • Weiterhin kann in der Zuführleitung oder in der Abführleitung ein Wärmetauscher angeordnet sein. Dieser dient zur Kühlung des Öls, bevor dieses in den Elektromotor gelangt.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann ein eigenständiger Pumpenantrieb mit Motorkühlung in Form eines Ventilators vorhanden sein, wobei der Wärmetauscher derart angeordnet ist, dass sich dieser im Luftstrom des Ventilators befindet.
  • Zur Kühlung des Öls ist somit vorzugsweise ein Wärmetauscher vorgesehen, der sich vorzugsweise in dem Luftstrom der Kühlung eines eigenständigen, elektrisch angetriebenen Pumpenantriebes befindet. Diese eigenständige Pumpe kann zur Versorgung von hydraulischen Verbrauchern der Arbeitsmaschine dienen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zum Druckausgleich zwischen der Fahrachse und dem Elektromotor eine Entlüftungsleitung zur Atmosphäre hin vorhanden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor der Antriebsmotor der Arbeitsmaschine. Somit handelt es sich bei der Arbeitsmaschine vorzugsweise um eine Arbeitsmaschine die ausschließlich oder auch durch den Elektromotor angetrieben wird.
  • Denkbar ist es auch, dass der Elektromotor zum Antrieb eines Arbeitswerkzeuges oder einer sonstigen Hydraulikeinheit der Arbeitsmaschine dient.
  • Nach der Erfindung verfügt die Arbeitsmaschine über ein Getriebe mit einem Ölkreislauf, wobei dieser Ölkreislauf nicht mit der Ölkühlung des Elektromotors verbunden ist, d.h. dieser Getriebeölkreislauf wird vorzugsweise nicht zur Kühlung des Elektromotors verwendet.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn außer der Kühlung des Elektromotors mittels des Öls aus dem Ölreservoir der Fahrachse kein weiterer Kühlkreislauf bzw. keine sonstige Kühleinrichtung zur Kühlung des Elektromotors vorhanden ist. In diesem Fall erfolgt die Kühlung des Elektromotors ausschließlich mittels Öl, das aus der Fahrachse bzw. dem Ölreservoir der Fahrachse stammt.
  • An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "ein" und "eine" nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlkreislaufes zur Kühlung des Elektromotors eines Radladers oder einer sonstigen vorzugsweise mobilen Arbeitsmaschine.
  • Mit dem Bezugszeichen 1 ist die Fahrachse der Arbeitsmaschine bzw. das der Fahrachse zugeordnete Ölreservoir gekennzeichnet.
  • Von dieser erstreckt sich die Zuführleitung Z bis zu dem Elektromotor 6, der zu kühlen ist.
  • Von dem Elektromotor 6 zurück zu der Fahrachse bzw. zu deren Ölreservoir erstreckt sich die Rückführleitung R.
  • Somit existiert ein Kühlkreislauf für den Elektromotor 6, der allerdings kein eigens dem Elektromotor 6 zugewiesenes Ölreservoir aufweist, sondern das Ölreservoir der Fahrachse 1 nutzt.
  • In der Zuführleitung Z befindet sich die Pumpe P1 zur Förderung des Öls durch den Kühlkreislauf.
  • Diese Pumpe P1 saugt aus dem Differentialgehäuse einen geringen Teil des Öls und fördert dieses zu dem Elektromotor 6.
  • Diese Pumpe P1 und eine weitere eigenständige Pumpe P2, die zur Versorgung von Hydraulikverbrauchern der Arbeitsmaschine dient, werden durch den gemeinsamem Motor 8 angetrieben.
  • Der Motor 8 verfügt über eine Luftkühlung in Form des Ventilators V.
  • Stromabwärts der Pumpe P1 befindet sich in der Zuführleitung Z der Filter 3.
  • Wie aus der Figur weiter ersichtlich, erstreckt sich um den Filter 3 eine Bypassleitung mit einem federbelasteten Ventil 4, das bei hinreichendem Druck, d.h. bei Überschreitung eines Druckgrenzwertes nur in Strömungsrichtung, d.h. von der Pumpe P1 hin zu dem Elektromotor 6 öffnet, in der Gegenrichtung jedoch nicht.
  • Weiter stromabwärts befindet sich der Wärmetauscher 5 zur Kühlung des dem Elektromotor 6 zuströmenden Öls.
  • Die Kühlung erfolgt mittels des Ventilators V.
  • Stromabwärts des Wärmetauschers 5 ist der Elektromotor 6 angeordnet, der beispielsweise den Fahrantrieb des Radladers oder einer sonstigen Arbeitsmaschine bildet.
  • Von dem Elektromotor 6 zurück zur Fahrachse bzw. zu deren Ölreservoir erstreckt sich die Rückführleitung R, so dass hinsichtlich der Ölkühlung des Elektromotors 6 ein geschlossener Öl- bzw. Kühlkreislauf existiert.
  • Im Unterschied zu bekannten Ausführungen weist dieser Kühlkreislauf jedoch kein eigenes Ölreservoir auf, das nur zur Kühlung des Elektromotors 6 dient. Vielmehr dient als Ölreservoir zur Kühlung des Elektromotors 6 das ohnehin vorhandene Ölreservoir der Fahrachse 1.
  • Somit wird der Aufbau der Kühlung des Elektromotors gegenüber bekannten Ausführungen entsprechend vereinfacht.
  • Zur Angleichung des Druckniveaus zwischen der Fahrachse 1 und dem Elektromotor 6 wird die Fahrachse gemeinsam mit dem Motor über die Leitung 7 zur Atmosphäre hin entlüftet.
  • Bevorzugte Aspekte der Erfindung werden im Folgenden beschrieben:
    • Mobile Arbeitsmaschine mit ölgekühltem Elektromotor, bei der für die Elektromotorkühlung der Achsölhaushalt genutzt wird, mit dem Vorteil, dass auf einen separaten, kostentreibenden Öltank verzichtet werden kann, und der oftmals sensible Ölhaushalt eines Getriebes unangetastet bleiben kann.
    • Kühlkreislauf-Umwälzpumpe(n) für die Kühlung von Fahrmotor(en) und Pumpenmotor(en), wobei eine oder mehrere Umwälzpumpen durch den mindestens einen vom Fahrantrieb unabhängigen Pumpenantrieb der Hydraulikverbraucher mitangetrieben werden.
    • Kühlkreislauf-Umwälzpumpe(n) mit konstantem oder variablem Schluckvolumen.
    • Kühlkreislauf mit gemeinsamer Umwälzpumpe für das gemeinsame Versorgen mehrerer Antriebe.
    • Kühlkreislauf mit separater Kühlreislauf-Umwälzpumpe für jeden elektrischen Antrieb, insbesondere Fahrmotor(en) und Pumpenmotor(en).
    • Verwendung eines Wärmetauschers, der vorzugsweise im Luftstrom des Ventilators des eigenständigen, elektrisch angetriebenen Pumpenantriebes steht
    • Verwendung eines Ölfilters
    • Zur Schutz des Elektromotors vor verschmutzten Filtern wird ein Bypass-Ventil vorgesehen
    • Nutzung der bestehenden Ölablass- und Nachfüllschrauben der Fahrachse für Kühlölansaugung und -rücklauf der Elektromotorkühlung
    • Entlüftung der Fahrachse über die Entlüftung des Motors

Claims (9)

  1. Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, mit
    einem Elektromotor (6),
    einer Ölkühlung (Z, R), die geeignet und bestimmt ist, den Elektromotor (6) zu kühlen,
    einer Fahrachse (1), die über ein Ölreservoir verfügt,
    einer Zuführleitung (Z) von dem genannten Ölreservoir zu dem Elektromotor (6),
    einer Abführleitung (R) von dem Elektromotor (6) zu dem genannten Ölreservoir, sowie einer Pumpe (P1), um Öl von dem Ölreservoir zu dem Elektromotor (6) zu pumpen, so dass der Elektromotor (6) mittels Öl aus dem Ölreservoir der Fahrachse (1) gekühlt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Arbeitsmaschine über ein Getriebe mit einem Ölkreislauf verfügt, der nicht mit der Ölkühlung (Z, R) des Elektromotors (6) verbunden ist.
  2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (P1) in der Zuführleitung (Z) oder in der Abführleitung (R) angeordnet ist.
  3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (Z) oder in der Abführleitung (R) ein Filter (3) angeordnet ist, der vorzugsweise mit einer Bypassleitung (4) mit Ventil versehen ist.
  4. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (Z) oder in der Abführleitung (R) ein Wärmetauscher (5) angeordnet ist.
  5. Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein eigenständiger Pumpenantrieb (8) mit Motorkühlung in Form eines Ventilators (V) vorhanden ist und dass der Wärmetauscher (5) derart angeordnet ist, dass sich dieser im Luftstrom des Ventilators (V) befindet.
  6. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Druckausgleich zwischen der Fahrachse (1) und dem Elektromotor (6) eine Entlüftungsleitung gegen die Atmosphäre vorhanden ist.
  7. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) den Antriebsmotor der Arbeitsmaschine bildet.
  8. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) zum Antrieb eines Arbeitswerkzeuges oder einer sonstigen Hydraulikeinheit der Arbeitsmaschine dient.
  9. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außer der Kühlung des Elektromotors (6) mittels des Öls aus dem Ölreservoir der Fahrachse (1) kein weiterer Kühlkreislauf oder sonstige Kühleinrichtung zur Kühlung des Elektromotors (6) vorhanden ist.
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